THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统技术方案

本发明专利技术公开的一种THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统，旨在提供一种结构简单，稳定可靠，性能优良，能够广泛应用于多个场合，对特种涂层及结构件原位进行无损检测的太赫兹测厚成像系统。本发明专利技术通过下述技术方案实现：时钟模块(1)产生两路同时输入太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)的微波驱动信号，实现收发时钟同步；偏振光路(4)对太赫兹信号进行偏振，控制太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)的本振调制波形，从而实现太赫兹调频连续波接收和发射调制波形一致的成像雷达和太赫兹时钟同步接收和发射调制波形不一致的椭偏调频连续波无损检测测厚系统两种模式。

【技术实现步骤摘要】
THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统
本专利技术涉及无损检测领域，是关于一种太赫兹时钟同步调频连续波无损测厚检测系统，尤其涉及一种基于非接触的表面形态和内部缺陷检测材料表面和内部缺陷的成像系统。
技术介绍
太赫兹波是介于红外光和毫米波之间的电磁辐射波,因其较低的光子能量便于实现无损检测，同时能够穿透对大多数可见光和红外线不透明的非金属和非极性物质(如纸张、衣物和聚乙烯等)进行隐藏物的探测，在无损检测、医学检查、安全检测、环境监测和空间遥感等方面具有广阔的应用前景。与其它电磁波段相比，THz辐射具有瞬态性、低能性和相干性等一系列独特的性质。太赫兹成像技术已经初步覆盖了广泛的应用领域，这其中包括：航空材料的无损检测、生物医学诊断、封装集成电路的缺陷检测及包装食品中所含水分的检测等。它可以作为物体成像的光源。THz辐射作为一种光源和其它辐射，如可见光、X射线、中近红外、超声波等一样，可以作为物体成像的信号源。由于其独特的性质,使得太赫兹成像技术在安检、航天航空领域已成为X射线与超声波等检测技术的有效补充，甚至在某些方面可以取代。根据太赫兹波产生和探测机理的形式,太赫兹成像技术可以分为脉冲成像和连续太赫兹成像。脉冲成像THz时域光谱成像可以探测并识别隐蔽的物体。它与一般的强度成像不同，一个显著特点是信息量大。每一个成像点对应一个时域波形，可以从时域信号或它的傅立叶变换谱中选择任意一个数据点的振幅或位相进行成像，从而重构样品的空间密度分布、折射率和厚度分布。且由于THz脉冲对大多数非极性电介质材料(塑料、陶瓷、纸张、衣物等)具有良好的穿透性，某些特定的物质，如炸药、毒品、病毒等等。由于很多生物和化学物质在太赫兹波段有着明显的吸收或透射特征,再加上脉冲成像独特的成像优点,脉冲成像已经成为一种很多应用领域中的重要选择。脉冲成像方法尽管能够获得成像物体上每一点的光谱数据，可以对物体进行光谱成像，但通常需要较长的数据获取时间。调频连续太赫兹波成像系统是通过向外发射一系列连续调频，在线性调频方式下,每个目标所产生的差拍信号是单一频率的,因此可以很容易区分出不同距离的目标。相比脉冲源，连续THz波源能够提供高的辐射强度，其实质是一种强度成像。THz成像系统的成像精度是最重要的指标，从该角度上考虑，似乎采用THz时域光谱成像方式更好。但是该种成像方式的扫描视场过小，且速度过慢，在成像原理上无法进行速度的进一步提高，无法为后续系统指标的提高打下基础；与之相比，连续波成像方式的分辨率可以随着频率的升高而提高，且连续波成像方式对使用环境要求更低，无需特殊的洁净空间，成像速度快。连续THz波辐射到成像目标上，在物体结构边缘及其内部缺陷会产生散射效应，从而影响THz波的电磁场分布，获取不同位置的电磁强度信息，转换为明暗程度不同的THz图像，可以推算出物体外层轮廓，甚至得到物体内部的缺陷位置和形状。连续THz波成像系统不需要在扫描点上暂停，对样品进行逐点快速扫描，仅需记录THz波辐射到样品上的透射或反射强度信息，其成像速度比采用光谱成像提高了许多倍，配备相应的机械扫描平台，能够进行大尺寸物体的快速成像。调频连续太赫兹波探测系统通常由天线、发射链路、接收链路、混频器、信号处理等几部分组成。常规系统结构系统中的频率源产生稳定度较高的高频信号,经波形发生器产生调制波形进行调制,然后通过天线辐射出去。将中频信号进行中频放大处理后，由采集系统进行采样,最后经传输系统传送至上位机实现对目标的三维成像。普通的连续波成像无法获取深度信息。从目前已经研制出的主动式连续THz波成像系统中可以发现，大都采用的是FMCW体制，利用对波源进行的频率调制以获取深度信息，从而进行三维成像。线性调频连续波(LFMCW)测距具有发射功率低、接收灵敏度高、距离分辨率高、结构简单、抗干扰能力强、无盲区等优点，特别适用于近距离应用。LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现，并且对距离信息的提取可以通过基于FFT的处理器来完成。当前的太赫兹无损检测技术主要包括太赫兹时域光谱测量技术(THz-TDS)和太赫兹调频连续波成像技术(THz-FMCW)。THz-TDS利用飞秒激光激励辐射源和接收器来实现太赫兹时域谱的探测，目前国内外几家公司有商品提供，主要用于测量材料的太赫兹谱。原则上，这种设备也能用于涂层测厚，但存在两个重大缺陷。第一，由于太赫兹辐射能量太弱，导致穿透距离非常短。第二，需要通过逐点测谱来实现测厚，导致速度非常慢。而THz-FMCW利用调频连续太赫兹波，以扫描方式，基于太赫兹波透射特性和雷达测距与成像原理，能够有效实现穿透目标的探测与成像。其优点是成像速度非常快，缺点在于测厚精度低。然后在某些特种涂层及结构件上，如飞机表面特种涂层或机翼等特殊结构件上进行原位无损检测的话，不论是THz-TDS(传统距离太短，并且测量速度过慢)，还是THz-FMCW(测厚精度不足，为毫米级别)，都不能满足实际需求。针对这个问题，本专利技术将THz-FMCW成像系统和基于光学椭偏测厚原理的太赫兹测厚系统相结合，可以通过机械转换，从而实现太赫兹调频连续波成像雷达和太赫兹高精度椭偏测厚系统两种模式THz波作为一种电磁波具备波粒二象性。光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象叫光的衍射。衍射的实质就是绕过障碍物，使光能够继续传播的过程。对于光学椭偏测厚原理来说，电磁波发射出后，通过待测物体进行发射后，探测器接收到的中频信号需要提供多个中频频点，后端通过处理中频信号输出幅度的强弱，并取平均来获得准确的待测物体厚度。对于传统调频连续波雷达来说，在调制波形确定的情况下，一个差频信号(接收回波信号与发射信号之间的频率差值)对应一个固定距离，如果距离固定，则差频不会随着时间的变化而产生变化，现在需要针对光学椭偏测厚的要求，来产生多个差频信号来对应一个固定距离，也就是说差频会随着时间的变化而产生变化。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有太赫兹无损检测技术存在的不足之处，提供一种结构简单，稳定可靠，性能优良，能够广泛应用于多个场合，对特种涂层及结构件原位进行无损检测的太赫兹时钟同步调频连续波无损测厚检测系统。本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统，包括：提供时钟信号的时钟模块1、太赫兹调频连续波发射源2、太赫兹探测器3、偏振光路4和待测物体5，其特征在于：时钟模块1产生两路同时输入太赫兹调频连续波发射源2和太赫兹探测器3的微波驱动信号，实现收发时钟同步；偏振光路4对太赫兹信号进行偏振，控制太赫兹调频连续波发射源2和太赫兹探测器3的本振调制波形，从而实现太赫兹调频连续波接收和发射调制波形一致的成像雷达和太赫兹时钟同步接收和发射调制波形不一致的椭偏调频连续波无损检测测厚系统两种模式。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：结构简单，可满足多种用途。本专利技术采用可以通过外部机械调节来实现的太赫兹调频连续波成像雷达和太赫兹高精度椭偏测厚系统两种功能模式，结构简单，且使用方便，可对待测物体进行快速成像和高精度测厚。通过机械转换，实现太赫兹调频连续波成像雷达和太赫兹高精度椭偏测厚系统两种模式，达到对待测物体进行快速成像和高精度测厚的目的。使得利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统，包括：提供时钟信号的时钟模块(1)、太赫兹调频连续波发射源(2)、太赫兹探测器(3)、偏振光路(4)和待测物体(5)，其特征在于：时钟模块(1)产生两路同时输入太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)的微波驱动信号，实现收发时钟同步；偏振光路(4)对太赫兹信号进行偏振，控制太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)的本振调制波形，从而实现太赫兹调频连续波接收和发射调制波形一致的成像雷达和太赫兹时钟同步接收和发射调制波形不一致的椭偏调频连续波无损检测测厚系统两种模式。

【技术特征摘要】
1.一种THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统，包括：提供时钟信号的时钟模块(1)、太赫兹调频连续波发射源(2)、太赫兹探测器(3)、偏振光路(4)和待测物体(5)，其特征在于：时钟模块(1)产生两路同时输入太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)的微波驱动信号，实现收发时钟同步；偏振光路(4)对太赫兹信号进行偏振，控制太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)的本振调制波形，从而实现太赫兹调频连续波接收和发射调制波形一致的成像雷达和太赫兹时钟同步接收和发射调制波形不一致的椭偏调频连续波无损检测测厚系统两种模式。2.权利要求1所述的THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统，其特征在于：在太赫兹调频连续波成像雷达功能模式中，成像雷达利用THz倍频器将微波源倍频到THz频段，通过发射天线发送到被测物，采用混频器外差式接收反射回波，通过多次下变频后进行中频信号处理，然后传输到后端处理上位机进行图像重建。3.权利要求1所述的THz时钟同步调频连续波无损测厚检测系统，其特征在于：机械调节太赫兹调频连续波发射源(2)，改变太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)两个支路的方向，当太赫兹调频连续波发射源(2)和太赫兹探测器(3)平行时，这时整个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志辉，林奈，郑大安，王燕山，黄建，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51